Analemma
Ein Analemma beschreibt den Verlauf der Sonnenposition innerhalb eines Jahres. Wenn jeden Tag zu genau der selben Zeit, am selben Standort die Sonnenposition markiert wird und am Ende des Jahres alle Positionen verbunden werden, entsteht die Form einer Acht. Ein Analemma kann man dabei für alle Planeten aufstellen, nicht nur die für die Erde.
In der Gnomonik, der Lehre von den Sonnenuhren, ist das Analemma die Vorschrift zur Konstruktion von Sonnenuhren.
Entstehungsweise
Diese scheinbare Bewegung der Sonne ist eine Folge zweier Bewegungen der Erde. Wenn die Bahn der Erde ein exakter Kreis wäre und wenn die Erdachse senkrecht auf der Ebene stehen würde, auf der die Erde sich um die Sonne dreht, würde die Sonne zu einer festen Tageszeit stets auf demselben Punkt stehen.
Die Bahn der Erde ist jedoch elliptisch und die Erdachse weicht von der Senkrechten um 23,5º ab. Hierdurch macht die Sonne während eines Jahres eine scheinbare Bewegung hinsichtlich der Erde: das Analemma – eine mehr oder weniger schiefliegende „Acht“.
Diese Bewegung wird sichtbar, wenn wir den Sonnenstand über das Jahr jeden Tag zur gleichen Mittleren Ortszeit aufzeichnen. Die nebenstehende Fotomontage zeigt diese übers Jahr verschiedenen Sonnenstände um ca. neun Uhr morgens vom 49. Breitengrad aus. Sie zeigt nicht nur den allgemein bekannten Effekt, dass die Sonne im Winter später und weiter im Süden aufgeht als im Sommer. Sondern auch, dass sie sich zwischen den beiden Extremen auf keiner geraden Bahn bewegt.
Die Schiefe der Figur ist dadurch erklärbar, dass die Sonne im Sommer zu einer gegebenen Uhrzeit schon einen größeren Weg zurückgelegt hat als im Winter. Sie steht höher und ist Richtung Süden gewandert, jedoch immer noch weiter nördlich als im Winter. Die Form des Analemmas ist ein direkter Ausdruck der Zeitgleichung.
Analemma im klassischen Altertum
Vitruv beschreibt im Neunten seiner "Zehn Bücher über die Architektur" (vollendet bis ca 22 v. Chr.) die Sonnenuhrenkonstruktion mit Zirkel und Lineal und bezeichnet diese Konstruktionsvorschrift als Analemma der Gnomonik. Dieses Analemma ermöglicht es, bei bekannter geografischer Breite die Sonnenposition zu jeder Tageszeit und in ihrem jahreszeitlichen Verlauf darzustellen. Die heute als Analemma bezeichnete Figur war im klassichen Altertum unbekannt. Sie entsteht durch Aufzeichnen der Sonnenposition über das Jahr zu stets gleicher Mittlerer Ortszeit (MOZ, einer gleichförmigen Uhrzeit) während die Sonnenuhr die Wahre Ortszeit (WOZ, ungleichförmig, ändert sich über die Jahresbahn der Erde) zeigt. Die MOZ konnte im Altertum nicht gemessen werden, da es noch keine präzisen Uhren für eine gleichförmige Zeitmessung gab.
Als Analemma bezeichnet man auch ein bereits von Ptolemäus im gleichnamigen Werk beschriebenes, in der Astronomie verwendetes Projektionsverfahren, bei dem sich Quadrat und Kreis umfangen sowie dreidimensional als Würfel und Kugel durchdringen.
Eine praktische Anwendung eines solchen Analemmas stellt der Entwurf der einstigen Kathedrale Hagia Sophia in Istanbul dar, bei der ein verschränktes Doppelquadrat-Analemma dem Grund- und Aufriss der Kirche zu Grunde liegt. Entschlüsselt wurde dieser Sachverhalt von dem Schweizer Kunsthistoriker Volker Hoffmann mit Hilfe modernster 3-D-Lasertechnik.